JP2022128669A - 電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積を小さくすることができると共に、測定精度を向上させることができる電流センサを提供する。【解決手段】測定対象となる電流が流れるバスバー２と、バスバー２に流れる電流によって生じる磁界成分を検出する磁気センサ１０２と、を備え、バスバー２には、測定対象となる電流の流れを変更することができる左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２が設けられ、磁気センサ１０２は、バスバー２の上面２ａに設置されている。そして、この際、左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２を利用して磁気センサ１０２をバスバー２の上面２ａにネジ固定している。【選択図】図１

Description

本発明は、電流センサに関する。

従来の電流センサとして、特許文献１に記載のような電流センサが知られている。図７に示すように、この電流センサ１００は、測定対象となる電流Ｉ（図８（ａ）参照）が流れるバスバー１０１と、バスバー１０１に対して鉛直上向き方向にバスバー１０１と離間した位置に設けられ、バスバー１０１に流れる電流Ｉに対して垂直方向に生じる磁界成分Ｍを検出する磁気センサ１０２と、で構成されている。なお、符号１０１ａは、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状のボルト孔である。

特開２０１０－１４４７７号公報

ところで、上記のような磁気センサ１０２は、製品性能における感度のバラツキが大きいことから、磁気センサ１０２を用いて磁界成分Ｍを検出するにあたっては、検出の感度を調整するため、磁気センサ１０２を鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向に調整する必要があった。すなわち、図８（ａ）に示すように、バスバー１０１に測定対象となる電流Ｉが流れると、図７に示すように、電流Ｉに対して垂直方向に磁界成分Ｍが生じることとなる。この際、図８（ｂ）に示す磁束密度の計測結果から明らかなように、磁気センサ１０２のどの面も均一な磁界成分Ｍが生じていることが分かる。そのため、磁界成分Ｍの強弱が生じる箇所は、バスバー１０１の鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向しかない（磁気センサ１０２がバスバー１０１に近づけば、磁界成分Ｍは強くなり、磁気センサ１０２がバスバー１０１から離れれば、磁界成分Ｍは弱くなる）。そのため、検出の感度を調整しようとすれば、磁気センサ１０２を鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向に調整する必要があった。なお、検出の感度の調整とは、例えば、１００Ａの電流Ｉがバスバー１０１に流れた際、磁気センサ１０２が、１Ｖの電圧が検出できるように調整することである。

しかしながら、このように、磁気センサ１０２を、バスバー１０１の鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向で調整すると、電流センサ１００を設置する面積が大きくなるといった問題があった。さらに、磁気センサ１０２を、バスバー１０１から離間して調整しなければならないことから、調整作業が難しく、もって、測定誤差が生じ、測定精度が低くなる可能性があるといった問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、設置面積を小さくすることができると共に、測定精度を向上させることができる電流センサを提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の発明によれば、測定対象となる電流（Ｉ）が流れるバスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）と、
前記バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）に流れる電流（Ｉ）によって生じる磁界成分（Ｍ）を検出する磁気センサ（１０２）と、を備え、
前記バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）には、前記測定対象となる電流（Ｉ）の流れを変更することができる変更部（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２，上切欠き部２ｈＡ１、下切欠き部２ｈＡ２，上切欠き部２ｈＢ１，下切欠き部２ｈＢ２，上切欠き部２ｈＣ１，下切欠き部２ｈＣ２，上突状部２ｈＤ１，下突状部２ｈＤ２）が設けられ、
前記磁気センサ（１０２）は、前記バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の上面（２ａ）に設置されてなることを特徴としている。

また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の電流センサ（１）において、前記変更部は、貫通孔（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２）、凹孔、切欠き部（上切欠き部２ｈＡ１、下切欠き部２ｈＡ２，上切欠き部２ｈＢ１，下切欠き部２ｈＢ２，上切欠き部２ｈＣ１，下切欠き部２ｈＣ２）、或いは、突状部（上突状部２ｈＤ１，下突状部２ｈＤ２）の少なくとも何れか１つで形成されてなることを特徴としている。

さらに、請求項３の発明によれば、上記請求項１又は２に記載の電流センサ（１）において、前記磁気センサ（１０２）を、前記バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の上面（２ａ）に設置するにあたっては、
前記変更部が貫通孔（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２）で形成されていた際、該貫通孔（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２）を利用して前記磁気センサ（１０２）を前記バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の上面（２ａ）にネジ固定してなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係る発明によれば、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）には、測定対象となる電流（Ｉ）の流れを変更することができる変更部（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２，上切欠き部２ｈＡ１、下切欠き部２ｈＡ２，上切欠き部２ｈＢ１，下切欠き部２ｈＢ２，上切欠き部２ｈＣ１，下切欠き部２ｈＣ２，上突状部２ｈＤ１，下突状部２ｈＤ２）が設けられているから、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の面上に磁界成分（Ｍ）の強弱を発生させることができる。これにより、従来のように、磁気センサ（１０２）を、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向で調整する必要がなくなるから、電流センサを設置する面積を小さくすることができる。

また、磁気センサ（１０２）は、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の上面（２ａ）に設置されているから、従来のように、磁気センサ（１０２）を、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）から離間させて調整する必要がなくなる。これにより、調整作業が容易となり、測定誤差が生じ難くなるから、測定精度を向上させることができる。

しかして、本発明によれば、設置面積を小さくすることができると共に、測定精度を向上させることができる。

ところで、上記のような変更部は、請求項２に記載のように、貫通孔（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２）、凹孔、切欠き部（上切欠き部２ｈＡ１、下切欠き部２ｈＡ２，上切欠き部２ｈＢ１，下切欠き部２ｈＢ２，上切欠き部２ｈＣ１，下切欠き部２ｈＣ２）、或いは、突状部（上突状部２ｈＤ１，下突状部２ｈＤ２）の少なくとも何れか１つで形成されているのが好適である。これにより、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の面上に磁界成分（Ｍ）の強弱を発生させることができる。

一方、請求項３に係る発明によれば、変更部が貫通孔（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２）で形成されていた際、貫通孔（左貫通孔２ｈ１，右貫通孔２ｈ２）に、測定対象となる電流（Ｉ）の流れを変更する役割と、磁気センサ（１０２）をバスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）の上面（２ａ）にネジ固定するための役割を兼用させることができる。これにより、バスバー（２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）に、別々の役割を備える孔を設ける必要がなくなるから、製造工程を簡素化することができる。

本発明の一実施形態に係る電流センサの分解斜視図である。 同実施形態に係る電流センサの斜視図である。 （ａ）は同実施形態に係るバスバーの平面図であると共に、電流が流れた状態を説明する説明図、（ｂ）は（ａ）に示すバスバーを側面から見た場合に生じる磁束密度の計測結果を示す図である。 （ａ）はバスバーの変形例の斜視図を示すと共に、そのバスバーに電流が流れた状態を説明する説明図、（ｂ）は（ａ）に示すバスバーを側面から見た場合に生じる磁束密度の計測結果を示す図である。 （ａ）はバスバーの変形例を示す斜視図、（ｂ）はバスバーの変形例を示す斜視図である。 （ａ）はバスバーの変形例の斜視図を示すと共に、そのバスバーに電流が流れた状態を説明する説明図、（ｂ）は（ａ）に示すバスバーを側面から見た場合に生じる磁束密度の計測結果を示す図である。 従来の電流センサの斜視図である。 （ａ）は従来のバスバーの平面図であると共に、電流が流れた状態を説明する説明図、（ｂ）は（ａ）に示すバスバーを側面から見た場合に生じる磁束密度の計測結果を示す図である。

以下、本発明に係る電流センサの一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。なお、従来と同一の構成については、同一の符号を付し、説明は省略するものとする。

本実施形態に係る電流センサは、車載インバータ、車載バッテリー等で使用されるもので、図１に示すように、電流センサ１は、バスバー２と、磁気センサ１０２と、で構成されている。

バスバー２は、銅等の金属からなり、図１に示すように、例えば、厚み約３ｍｍ～５ｍｍの厚板状で、上面２ａ、下面２ｂ、上側面２ｃ、下側面２ｄ、左側面２ｅ、右側面２ｆからなる長尺の矩形状に形成されている。そしてこのバスバー２の左側面２ｅ側には、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状のボルト孔２ｇ１が上下方向に貫通して形成され、右側面２ｆ側にも、図示しないボルトの軸部を通過させるための円形状のボルト孔２ｇ２が上下方向に貫通して形成されている。

一方、図１に示すように、バスバー２の中央やや左側面２ｅ側には、上面２ａから下面２ｂに向かって貫通して設けられている左貫通孔２ｈ１が形成され、バスバー２の中央やや右側面２ｆ側には、上面２ａから下面２ｂに向かって貫通して設けられている右貫通孔２ｈ２が形成されている。

しかして、バスバー２に上記のような左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２が形成されると、図３（ａ）に示すように、測定対象となる電流Ｉがバスバー２の右側面２ｆから左側面２ｅに向かって直線状に流れた際、右貫通孔２ｈ２を迂回するように直線状に流れていた電流Ｉが湾曲し、さらに、左貫通孔２ｈ１を迂回するように直線状に流れていた電流Ｉが湾曲することとなる。これにより、左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２によって、電流Ｉの電流経路が変更されることとなる。それゆえ、測定対象となる電流Ｉがバスバー２の右側面２ｆから左側面２ｅに向かって直線状に流れた際、電流Ｉに対して垂直方向に磁界成分Ｍ（図７参照）が生じることとなるが、この磁界成分Ｍの強さが、図３（ｂ）に示す磁束密度の計測結果から明らかなように、電流Ｉが左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２を迂回することにより、左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２が形成された付近で他の箇所と比べて明らかに弱まることとなる。しかるに、左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２をバスバー２に形成することによって、バスバー２の面上に磁界成分Ｍの強弱を発生させることができることとなる。

かくして、このように、バスバー２の面上に磁界成分Ｍの強弱を発生させることができると、従来のように、磁気センサ１０２の検出の感度を調整するため、磁気センサ１０２を、バスバー２の鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向で調整する必要がなくなり、もって、図２に示すように、バスバー２の上面２ａに磁気センサ１０２を載置した状態で、磁気センサ１０２を左右方向（図２に示す矢印Ｐ１参照）に移動させるだけで、磁気センサ１０２の検出の感度を調整することが可能となる。これにより、従来のように、磁気センサ１０２を、バスバー２の鉛直上向き方向、又は、鉛直下向き方向で調整する必要がなくなるから、電流センサ１を設置する面積を小さくすることができる。さらに、磁気センサ１０２を、バスバー２から離間させて調整する必要がなくなるから、調整作業が容易となり、もって、測定誤差が生じ難くなる。それゆえ、測定精度を向上させることができる。

なお、磁気センサ１０２の検出の感度を調整後、図２に示すように、磁気センサ１０２に予め設けておいた長孔１０２ａを介して、図１に示す左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２内に、図２に示すビスＢを螺合することにより、バスバー２の上面２ａに磁気センサ１０２をビス止め固定することができる。しかして、このように、左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２の役割として、電流Ｉの電流経路を変更する役割と、バスバー２の上面２ａに磁気センサ１０２をビス止め固定するための役割を兼用させるようにすれば、バスバー２に、別々の役割を備える孔を設ける必要がなくなるから、製造工程を簡素化することができる。なお、この際、ビスＢは、調整した磁気センサ１０２の検出の感度が狂わないよう、電流Ｉが流れないプラスチック製が好ましい。

しかして、本実施形態によれば、設置面積を小さくすることができると共に、測定精度を向上させることができることとなる。

なお、本実施形態において示した電流センサ１の形状はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、磁気センサ１０２の検出の感度を調整後、バスバー２の上面２ａに磁気センサ１０２を固定するにあたって、ビス止め固定する例を示したが、それに限らず、超音波接合や接着剤接合等で固定するようにしても良い。なお、超音波接合や接着剤接合等で固定する際、磁気センサ１０２には、図１及び図２に示すような長孔１０２ａを設ける必要はない。

また、本実施形態においては、バスバー２に左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２を形成する例を示したが、それに限らず、左貫通孔２ｈ１、右貫通孔２ｈ２の何れか一方を形成するだけでも良く、それ以上の貫通孔を形成するようにしても良い。

さらに、本実施形態においては、バスバー２に左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２を形成する例を示したが、それに限らず、上面２ａから下面２ｂに向かって貫通していない凹孔を形成するようにして良い。

一方、本実施形態においては、バスバー２に左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２を形成する例を示したが、それに限らず、図４（ａ）に示すようなバスバー２Ａのようにすることもできる。この点、図４を参照して具体的に説明する。なお、図１～図３に示すバスバー２と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

図４（ａ）に示すバスバー２Ａは、図１～図３に示すバスバー２に形成されている左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２に代え、上切欠き部２ｈＡ１、下切欠き部２ｈＡ２を新たに形成したものである。この上切欠き部２ｈＡ１は、バスバー２の上側面２ｃから中心線Ｏ１側に向かって直角三角形状に切り欠いたものである。そして、下切欠き部２ｈＡ２は、バスバー２の下側面２ｄから中心線Ｏ１側に向かって直角三角形状に切り欠いたものである。なお、上切欠き部２ｈＡ１と下切欠き部２ｈＡ２とは、中心線Ｏ１を基点として鏡像関係になっている。

しかして、バスバー２Ａに上記のような上切欠き部２ｈＡ１及び下切欠き部２ｈＡ２が形成されると、図４（ａ）に示すように、測定対象となる電流Ｉがバスバー２の右側面２ｆから左側面２ｅに向かって直線状に流れた際、上切欠き部２ｈＡ１を避けて直線状に流れていた電流Ｉがバスバー２Ａの中心線Ｏ１側に流れ込み、さらに、下切欠き部２ｈＡ２を避けて直線状に流れていた電流Ｉがバスバー２Ａの中心線Ｏ１側に流れ込むこととなる。これにより、上切欠き部２ｈＡ１及び下切欠き部２ｈＡ２によって、電流Ｉの電流経路が変更されることとなる。それゆえ、測定対象となる電流Ｉがバスバー２Ａの右側面２ｆから左側面２ｅに向かって直線状に流れた際、電流Ｉに対して垂直方向に磁界成分Ｍ（図７参照）が生じることとなるが、この磁界成分Ｍの強さが、図４（ｂ）に示す磁束密度の計測結果から明らかなように、バスバー２Ａの中心線Ｏ１側に電流Ｉが密集することにより、上切欠き部２ｈＡ１及び下切欠き部２ｈＡ２が形成された付近で他の箇所と比べて明らかに強まることとなる。しかるに、上切欠き部２ｈＡ１及び下切欠き部２ｈＡ２をバスバー２Ａに形成することによって、バスバー２Ａの面上に磁界成分Ｍの強弱を発生させることができることとなる。

しかして、このようにしても、設置面積を小さくすることができると共に、測定精度を向上させることができることとなる。

ところで、このような切欠き部は、図４（ａ）に示す上切欠き部２ｈＡ１及び下切欠き部２ｈＡ２のような形状に限らず、どのような形状でも良い。例えば、図５（ａ）に示すバスバー２Ｂのように、上切欠き部２ｈＢ１及び下切欠き部２ｈＢ２を凹状に形成しても良い。さらに、図５（ｂ）に示すバスバー２Ｃのように、上切欠き部２ｈＣ１及び下切欠き部２ｈＣ２を、凹状に形成し、長手方向に向かって（バスバー２Ｃの右側面２ｆから左側面２ｅに向かって）、所定間隔置きに形成しても良い（図示では、上切欠き部２ｈＢ１及び下切欠き部２ｈＢ２を、それぞれ、一対設けている）。

一方、図６（ａ）に示すバスバー２Ｄのようにすることもできる。この点、図６を参照して具体的に説明する。なお、図１～図３に示すバスバー２と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略することとする。

図６（ａ）に示すバスバー２Ｄは、図１～図３に示すバスバー２に形成されている左貫通孔２ｈ１及び右貫通孔２ｈ２に代え、上突状部２ｈＤ１、下突状部２ｈＤ２を新たに形成したものである。この上突状部２ｈＤ１は、バスバー２Ｄの上側面２ｃから外方向に向かって一体的に突出して設けられた直角三角形状に形成されているものである。そして、下突状部２ｈＤ２は、バスバー２Ｄの下側面２ｄから外方向に向かって一体的に突出して設けられた直角三角形状に形成されているものである。なお、上突状部２ｈＤ１と下突状部２ｈＤ２とは、中心線Ｏ２を基点として鏡像関係になっている。

しかして、バスバー２Ｄに上記のような上突状部２ｈＤ１及び下突状部２ｈＤ２が形成されると、図６（ａ）に示すように、測定対象となる電流Ｉがバスバー２の右側面２ｆから左側面２ｅに向かって直線状に流れた際、上突状部２ｈＤ１を経由することで直線状に流れていた電流Ｉが湾曲し、さらに、下突状部２ｈＤ２を経由することで直線状に流れていた電流Ｉが湾曲することとなる。これにより、上突状部２ｈＤ１及び下突状部２ｈＤ２によって、電流Ｉの電流経路が変更されることとなる。それゆえ、測定対象となる電流Ｉがバスバー２Ｄの右側面２ｆから左側面２ｅに向かって直線状に流れた際、電流Ｉに対して垂直方向に磁界成分Ｍ（図７参照）が生じることとなるが、この磁界成分Ｍの強さが、図６（ｂ）に示す磁束密度の計測結果から明らかなように、電流Ｉが上突状部２ｈＤ１及び下突状部２ｈＤ２を経由することにより、上突状部２ｈＤ１及び下突状部２ｈＤ２が形成された付近で他の箇所と比べて明らかに弱まることとなる。しかるに、上突状部２ｈＤ１及び下突状部２ｈＤ２をバスバー２Ｄに形成することによって、バスバー２Ｄの面上に磁界成分Ｍの強弱を発生させることができることとなる。

しかして、このようにしても、設置面積を小さくすることができると共に、測定精度を向上させることができることとなる。

１ 電流センサ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ バスバー
２ａ 上面
２ｈ１ 左貫通孔（変更部、貫通孔）
２ｈ２ 右貫通孔（変更部、貫通孔）
２ｈＡ１ 上切欠き部（変更部、切欠き部）
２ｈＡ２ 下切欠き部（変更部、切欠き部）
２ｈＢ１ 上切欠き部（変更部、切欠き部）
２ｈＢ２ 下切欠き部（変更部、切欠き部）
２ｈＣ１ 上切欠き部（変更部、切欠き部）
２ｈＣ２ 下切欠き部（変更部、切欠き部）
２ｈＤ１ 上突状部（変更部、突状部）
２ｈＤ２ 下突状部（変更部、突状部）
１０２ 磁気センサ

Claims (3)

1. 測定対象となる電流が流れるバスバーと、
   前記バスバーに流れる電流によって生じる磁界成分を検出する磁気センサと、を備え、
   前記バスバーには、前記測定対象となる電流の流れを変更することができる変更部が設けられ、
   前記磁気センサは、前記バスバーの上面に設置されてなる電流センサ。
2. 前記変更部は、貫通孔、凹孔、切欠き部、或いは、突状部の少なくとも何れか１つで形成されてなる請求項１に記載の電流センサ。
3. 前記磁気センサを、前記バスバーの上面に設置するにあたっては、
   前記変更部が貫通孔で形成されていた際、該貫通孔を利用して前記磁気センサを前記バスバーの上面にネジ固定してなる請求項１又は２に記載の電流センサ。
   

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